Litium-ion-batterier kalles “gyngestol-type”-batterier. Ladede ioner beveger seg mellom de positive og negative elektrodene for å realisere ladningsoverføring og levere strøm til eksterne kretser eller ladning fra en ekstern strømkilde.

Under den spesifikke ladeprosessen påføres den eksterne spenningen de to polene til batteriet, og litiumionene trekkes ut fra det positive elektrodematerialet og kommer inn i elektrolytten. Samtidig passerer overflødige elektroner gjennom den positive strømsamleren og beveger seg til den negative elektroden gjennom den eksterne kretsen; litiumionene er i elektrolytten. Den beveger seg fra den positive elektroden til den negative elektroden, og passerer gjennom membranen til den negative elektroden; SEI-filmen som passerer gjennom overflaten av den negative elektroden er innebygd i den grafittlagdelte strukturen til den negative elektroden og kombineres med elektroner.

Gjennom driften av ioner og elektroner vil batteristrukturen som påvirker ladningsoverføringen, enten den er elektrokjemisk eller fysisk, påvirke hurtigladeytelsen.

Kravene til hurtiglading for alle deler av batteriet

Når det gjelder batterier, hvis du ønsker å forbedre ytelsen, må du jobbe hardt i alle aspekter av batteriet, inkludert den positive elektroden, den negative elektroden, elektrolytten, separatoren og den strukturelle utformingen.

positiv elektrode

Faktisk kan nesten alle typer katodematerialer brukes til å lage hurtigladede batterier. De viktige egenskapene som skal garanteres inkluderer konduktivitet (reduser intern motstand), diffusjon (sørg for reaksjonskinetikk), levetid (ikke forklar) og sikkerhet (ikke forklar), Riktig prosessytelse (det spesifikke overflatearealet skal ikke være for stort). stor for å redusere bivirkninger og tjene sikkerheten).

Selvfølgelig kan problemene som skal løses for hvert spesifikt materiale være forskjellige, men våre vanlige katodematerialer kan oppfylle disse kravene gjennom en rekke optimaliseringer, men forskjellige materialer er også forskjellige:

A. Litiumjernfosfat kan være mer fokusert på å løse problemene med ledningsevne og lav temperatur. Gjennomføring av karbonbelegg, moderat nanoisering (merk at det er moderat, det er definitivt ikke en enkel logikk at jo finere jo bedre), og dannelse av ioneledere på overflaten av partiklene er de mest typiske strategiene.

B. Det ternære materialet i seg selv har relativt god elektrisk ledningsevne, men dets reaktivitet er for høy, så ternære materialer utfører sjelden arbeid i nanoskala (nano-isering er ikke en panacea-lignende motgift mot forbedring av materialytelsen, spesielt i felt av batterier Det er noen ganger mange anti-bruk i Kina), og mer oppmerksomhet rettes mot sikkerhet og undertrykkelse av bivirkninger (med elektrolytt). Tross alt ligger den nåværende levetiden til ternære materialer i sikkerhet, og nyere batterisikkerhetsulykker har også forekommet ofte. Stille høyere krav.

C. Litiummanganat er viktigere med tanke på levetid. Det finnes også mange litiummanganatbaserte hurtigladebatterier på markedet.

negativ elektrode

Når et litiumionbatteri lades, migrerer litium til den negative elektroden. Det for høye potensialet forårsaket av hurtiglading og stor strøm vil føre til at det negative elektrodepotensialet blir mer negativt. På dette tidspunktet vil trykket på den negative elektroden for raskt å akseptere litium øke, og tendensen til å generere litiumdendritter vil øke. Derfor må den negative elektroden ikke bare tilfredsstille litiumdiffusjonen under hurtiglading. Kinetikkkravene til litiumionbatteriet må også løse sikkerhetsproblemet forårsaket av den økte tendensen til litiumdendritter. Derfor er den viktige tekniske vanskeligheten til hurtigladingskjernen innsetting av litiumioner i den negative elektroden.

A. For tiden er det dominerende negative elektrodematerialet i markedet fortsatt grafitt (som står for ca. 90 % av markedsandelen). Den grunnleggende årsaken er billig, og den omfattende prosessytelsen og energitettheten til grafitt er relativt god, med relativt få mangler. . Selvfølgelig er det også problemer med den negative grafittelektroden. Overflaten er relativt følsom for elektrolytten, og litiuminterkalasjonsreaksjonen har en sterk retningsvirkning. Derfor er det viktig å jobbe hardt for å forbedre den strukturelle stabiliteten til grafittoverflaten og fremme diffusjon av litiumioner på underlaget. retning.

B. Hard karbon og myke karbon materialer har også sett mye utvikling de siste årene: harde karbon materialer har høyt litiuminnsettingspotensial og har mikroporer i materialene, så reaksjonskinetikken er god; og myke karbonmaterialer har god kompatibilitet med elektrolytt, MCMB Materialene er også veldig representative, men harde og myke karbonmaterialer har generelt lav effektivitet og høye kostnader (og tenk deg at grafitt er like billig, jeg er redd det ikke er håpefull fra et industrielt synspunkt), så dagens forbruk er langt mindre enn grafitt, og mer brukt i noen spesialiteter på batteriet.

C. Hva med litiumtitanat? For å si det kort: Fordelene med litiumtitanat er høy effekttetthet, sikrere og åpenbare ulemper. Energitettheten er svært lav, og kostnaden er høy når den beregnes med Wh. Derfor er synet på litiumtitanatbatteri en nyttig teknologi med fordeler i spesifikke anledninger, men det er ikke egnet for mange anledninger som krever høye kostnader og cruiserekkevidde.

D. Silisiumanodematerialer er en viktig utviklingsretning, og Panasonics nye 18650-batteri har startet den kommersielle prosessen med slike materialer. Hvordan oppnå en balanse mellom jakten på nanometerytelse og de generelle mikronnivåkravene til batteriindustrirelaterte materialer er imidlertid fortsatt en mer utfordrende oppgave.

Membran

Når det gjelder strømbatterier, stiller høystrømsdrift høyere krav til sikkerhet og levetid. Membranbeleggteknologi kan ikke omgås. Keramisk belagte membraner blir raskt presset ut på grunn av deres høye sikkerhet og evnen til å konsumere urenheter i elektrolytten. Spesielt er effekten av å forbedre sikkerheten til ternære batterier spesielt betydelig.

Det viktigste systemet som for tiden brukes for keramiske membraner er å belegge alumina-partikler på overflaten av tradisjonelle membraner. En relativt ny metode er å belegge faste elektrolyttfibre på diafragmaen. Slike membraner har lavere indre motstand, og den mekaniske støtteeffekten til fiberrelaterte membraner er bedre. Utmerket, og den har en lavere tendens til å blokkere membranporene under service.

Etter belegg har membranen god stabilitet. Selv om temperaturen er relativt høy, er det ikke lett å krympe og deformere og forårsake kortslutning. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. støttet av teknisk støtte fra forskningsgruppen Nan Cewen ved School of Materials and Materials ved Tsinghua University har noen representanter i denne forbindelse. Membranen er vist i figuren nedenfor.

elektrolytt

Elektrolytten har stor innflytelse på ytelsen til hurtigladede litium-ion-batterier. For å sikre stabiliteten og sikkerheten til batteriet under hurtiglading og høy strøm, må elektrolytten oppfylle følgende egenskaper: A) kan ikke dekomponeres, B) høy ledningsevne, og C) er inert overfor de positive og negative materialene. Reager eller oppløs.

Hvis du ønsker å oppfylle disse kravene, er nøkkelen å bruke tilsetningsstoffer og funksjonelle elektrolytter. For eksempel er sikkerheten til ternære hurtigladende batterier sterkt påvirket av det, og det er nødvendig å legge til forskjellige anti-høytemperatur-, flammehemmende og anti-overladingsadditiver for å forbedre sikkerheten til en viss grad. Det gamle og vanskelige problemet med litiumtitanat-batterier, luft i høy temperatur, må også forbedres med høytemperaturfunksjonell elektrolytt.

Design av batteristruktur

En typisk optimaliseringsstrategi er den stablede VS-viklingstypen. Elektrodene til det stablede batteriet tilsvarer et parallellforhold, og viklingstypen tilsvarer en seriekobling. Derfor er den indre motstanden til førstnevnte mye mindre, og den er mer egnet for krafttypen. anledning.

I tillegg kan det gjøres innsats på antall tapper for å løse problemene med intern motstand og varmespredning. I tillegg er bruk av elektrodematerialer med høy ledningsevne, bruk av mer ledende midler og belegging av tynnere elektroder også strategier som kan vurderes.

Kort sagt, faktorene som påvirker ladebevegelsen i batteriet og innsettingshastigheten for elektrodehull vil påvirke hurtigladingsevnen til litiumion-batterier.

Oversikt over hurtigladeteknologiruter for vanlige produsenter

Ningde-tiden

Når det gjelder den positive elektroden, utviklet CATL teknologien “superelektronisk nettverk”, som gjør at litiumjernfosfat har utmerket elektronisk ledningsevne; på den negative elektrodegrafittoverflaten brukes “fast ion ring”-teknologien til å modifisere grafitten, og den modifiserte grafitten tar hensyn til både superrask lading og høy. Med egenskapene til energitetthet har den negative elektroden ikke lenger overdreven bi- produkter under hurtiglading, slik at den har 4-5C hurtigladekapasitet, realiserer 10-15 minutter hurtiglading og lading, og kan sikre energitettheten til systemnivået over 70wh/kg, og oppnå 10,000 XNUMX syklusliv.

Når det gjelder termisk styring, gjenkjenner dets termiske styringssystem fullt ut det “sunne ladeintervallet” til det faste kjemiske systemet ved forskjellige temperaturer og SOC-er, noe som i stor grad utvider driftstemperaturen til litiumion-batterier.

Waterma

Waterma er ikke så bra i det siste, la oss bare snakke om teknologi. Waterma bruker litiumjernfosfat med mindre partikkelstørrelse. For tiden har det vanlige litiumjernfosfatet på markedet en partikkelstørrelse mellom 300 og 600 nm, mens Waterma kun bruker 100 til 300 nm litiumjernfosfat, så litiumioner vil ha Jo raskere migrasjonshastighet, jo større kan strømmen være. ladet og utladet. For andre systemer enn batterier, styrk utformingen av termiske styringssystemer og systemsikkerhet.

Mikrokraft

I de tidlige dagene valgte Weihong Power litiumtitanat + porøst komposittkarbon med spinellstruktur som tåler hurtiglading og høy strøm som negativt elektrodemateriale; for å forhindre trusselen om høy strømstrøm til batterisikkerheten under hurtiglading, Weihong Power Kombinerer ikke-brennende elektrolytt, høyporøsitet og høypermeabilitet membranteknologi og STL intelligent termisk kontrollvæsketeknologi, kan det sikre sikkerheten til batteriet når batteriet lades raskt.

I 2017 kunngjorde den en ny generasjon høyenergitetthetsbatterier, som bruker høykapasitets og høyeffekts litiummanganatkatodematerialer, med en enkelt energitetthet på 170wh/kg, og oppnår 15-minutters hurtiglading. Målet er å ta hensyn til livs- og sikkerhetsspørsmål.

Zhuhai Yinlong

Litiumtitanatanode er kjent for sitt brede driftstemperaturområde og store ladningsutladningshastighet. Det er ingen klare data om de spesifikke tekniske metodene. Når vi snakker med personalet på utstillingen, sies det at hurtigladingen kan oppnå 10C og levetiden er 20,000 XNUMX ganger.

Fremtiden for hurtigladeteknologi

Om hurtigladeteknologien til elektriske kjøretøy er en historisk retning eller et kortvarig fenomen, er det faktisk forskjellige meninger nå, og det er ingen konklusjon. Som en alternativ metode for å løse kilometerangst, vurderes den på samme plattform med batterienergitetthet og total kjøretøykostnad.

Energitetthet og rask ladeytelse, i samme batteri, kan sies å være to inkompatible retninger og kan ikke oppnås samtidig. Jakten på batterienergitetthet er for tiden mainstream. Når energitettheten er høy nok og batterikapasiteten til et kjøretøy er stor nok til å forhindre den såkalte “rekkeviddeangsten”, vil etterspørselen etter batteriladingsytelse reduseres; samtidig, hvis batteristrømmen er stor, hvis batterikostnaden per kilowatt-time ikke er lav nok, er det da nødvendig? Ding Kemaos kjøp av strøm som er tilstrekkelig for «ikke engstelig», krever at forbrukerne tar et valg. Hvis du tenker deg om, har hurtiglading verdi. Et annet synspunkt er kostnadene ved hurtigladeanlegg, som selvsagt er en del av kostnadene for hele samfunnet for å fremme elektrifisering.

Hvorvidt hurtigladeteknologi kan fremmes i stor skala, kan energitettheten og hurtigladeteknologien som utvikler seg raskt, og de to teknologiene som reduserer kostnadene, spille en avgjørende rolle i fremtiden.